Scienziati dell'UE scoprono nanostrutture auto-organizzanti con un enorme potenziale
Un team di ricerca finanziato dall'UE proveniente dalla Germania ha catturato in una rete bidimensionale (2D) delle molecole a forma di bastoncino, creando in realtà dei piccoli rotori che girano in gabbie a forma di nido d'ape. La loro scoperta è uno dei risultati del progetto MOLART ("Surface-confined metallosupramolecular architecture: towards a novel coordination chemistry for the design of functional nanosystems"), che ha ottenuto una sovvenzione Advanced Grant del Consiglio europeo della ricerca (CER) del valore di 2,57 Mio EUR nell'ambito del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'UE. La ricerca è presentata nella rivista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). I ricercatori, guidati dal professor Johannes Barth della Technische Universität München (TUM), in Germania, hanno spiegato che le proteine aiutano a riunire i reagenti. "Il confinamento di specie molecolari in ambienti in scala nanoscopica porta ad affascinanti fenomeni dinamici," scrivono gli autori nel loro studio. Secondo i ricercatori, i reagenti di superficie si "incontrano" sulla superficie dei facilitatori. Anche se è ancora troppo presto per fare sì che delle nanomacchine si assemblino da sole mediante effetti di auto-organizzazione, il lavoro effettuato dal team della TUM rappresenta un passo nella direzione giusta. Inizialmente, gli scienziati hanno creato un nanoreticolo permettendo agli atomi di cobalto e alle molecole a forma di bastoncino di sexiphenyl-dicarbonitrile di reagire tra di loro su una superficie metallica. Ciò che ne è venuto fuori è un reticolo a nido d'ape che non è solo costante ma anche stabile. Il reticolo ha lo spessore di un solo atomo. La loro scoperta riporta alla mente un'altra svolta compiuta recentemente da ricercatori finanziati dall'UE, che hanno vinto un premio Nobel per il loro lavoro sul grafene 2D. "In particolare l'organizzazione e i movimenti rotatori delle singole molecole sono stati controllati mediante architetture ospite completamente supramolecolari progettate accuratamente." Il team ha usato una rete di coordinazione 2D aperta su una superficie di metallo liscia per guidare l'auto-assemblaggio di dynamer con legame non covalente (unità ospite trimeriche). "Ciascuna supramolecola chirale ingabbiata esegue dei movimenti rotatori concertati che conservano la chiralità all'interno del poro a nido d'ape, che vengono visualizzati e analizzati quantitativamente usando un microscopio a effetto tunnel a temperatura controllata," sottolineano. I bastoncini si sono riuniti in modo spontaneo, in gruppi di tre, in una cella a nido d'ape mentre le celle adiacenti sono rimaste vuote quando i ricercatori hanno aggiunto le unità molecolari di costruzione. Ma perché le molecole si organizzano da sole in gruppi di tre? Gli scienziati della TUM hanno scoperto che le molecole si orientavano da sole in gruppi di tre, in cui ciascuna delle estremità azotate è di fronte a un atomo di idrogeno di un anello fenilico. Secondo il team, "questa disposizione con un rotore a tripla lama" permette alle molecole di sostenere la struttura a prescindere dall'energia usata per generare la rotazione. A causa delle interazioni tra gli atomi esterni di idrogeno e gli atomi di idrogeno della parete della cella, esistono due diverse posizioni. Anche le tre molecole si posizionano in senso orario e in senso antiorario. Usando temperature controllate, i ricercatori hanno "congelato" e valutato minuziosamente i quattro stati. Questo li ha aiutati a identificare l'energia di queste soglie a partire dalla temperatura alla quale la rotazione riprendeva, hanno sottolineato. "Noi speriamo che in futuro saremo in grado di estendere questi semplici modelli meccanici alla commutazione ottica ed elettronica," ha spiegato il professor Barth. "Noi possiamo preparare una specifica misura della cella, possiamo portare di proposito all'interno ulteriori molecole e studiare la loro interazione con la superficie e la parete della cella. Queste strutture che si auto-organizzano possiedono un enorme potenziale." Allo studio hanno contribuito ricercatori dell'Università di Strasburgo in Francia.
Paesi
Germania, Francia